一种高精度水声通信信道建模方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108650043A(43)申请公布日2018.10.12(21)申请号201810696746.9(22)申请日2018.06.29(71)申请人中国船舶重工集团公司第七一五研究所地址311499浙江省杭州市西湖区留下街道屏峰715号(72)发明人王超岳志杰周武谢哲张宏滔(74)专利代理机构杭州九洲专利事务所有限公司33101代理人陈继亮(51)Int.Cl.H04B17/391(2015.01)权利要求书2页说明书4页附图5页(54)发明名称一种高精度水声通信信道建模方法(57)摘要本发明公开了一种高精度水声通信信道建模方法，分析海面起伏对多路径时延和多普勒的影响，并在PARASTOO的时变信道模型中考虑此影响，从而优化其时变信道模型，在不增加计算量的情况下实现高精度水声通信信道建模。本发明第一步构建信道大尺度变化模型，用一阶AR过程模拟声源和接收机的随机运动；第二步根据仿真环境要求用bellhop模型或者镜像模型计算多路径时延和衰减信息；第三步根据海面起伏数据，用一种近似模型来分析海面起伏对多路径时延和多普勒的影响；第四步分析小尺度散射模型；第五步分析收发平台运动的多普勒影响；第六步将多径耦合，并考虑海面起伏的影响，构造时变信道冲击响应。CN108650043ACN108650043A权利要求书1/2页1.一种高精度水声通信信道建模方法，其特征在于：包含如下步骤：步骤1，构建信道大尺度变化模型，用一阶AR过程模拟声源和接收机的随机运动；步骤2，根据仿真环境要求用bellhop模型或者镜像模型计算多路径时延和衰减信息，等声速环境用镜像模型来分析多路径时延和衰减信息，声速随深度变化时用bellhop模型来分析；步骤3，根据海面起伏数据，用一种近似模型来分析海面起伏对多路径时延和多普勒的影响；步骤4，分析小尺度散射模型，将每条路径散射为多条子路径，分析子路径的时延和多普勒影响；步骤5，分析收发平台运动的多普勒影响；步骤6，将多径耦合，并考虑海面起伏的影响，构造时变信道冲击响应。2.根据权利要求1所述的高精度水声通信信道建模方法，其特征在于：在步骤1中，路径增益hp用lp表示为路径长度的变化为Δlp随机变化，时延的改变量由Δlp决定，其中a0为信号中心频率处的吸收系数，实际分析过程中用一阶AR过程模拟声源和接收机的大尺度变化。3.根据权利要求1所述的高精度水声通信信道建模方法，其特征在于：在步骤3中，用长虚线表示BELLHOP模型或镜像模型计算的平整海面环境下某条海面反射路径，随着时间变化，海面起伏，此路径长度发生变化，改变量为Δ，用下面表达式近似，Δ(u,t)≈h(u,t)cos(θ)(3)其中u为此路径在海面反射的水平距离，θ为此路径入射到海面的角度；路径长度改变量决定时延改变量，所以海面起伏变化后，此路径的传播时延为海面起伏的多普勒影响由起伏速率决定，具体表达式如下所示w(t,u)为在t时刻，距离为u处海面的起伏高度。4.根据权利要求1所述的高精度水声通信信道建模方法，其特征在于：在步骤4中，将每条路径散射成多条子路径，每条路径的幅度和时延都有起伏，散射子路径的幅度用正态分布表示，时延用AR过程描述，第p条路径经小尺度变化后的散射系数为2CN108650043A权利要求书2/2页是各路径散射子路径的随机时延。5.根据权利要求1所述的高精度水声通信信道建模方法，其特征在于：在步骤5中，收发平台相对速度表达式为vdp＝vtdcos(θp-θtd)-vrdcos(θp+θrd)(7)其中vtd,θtd,vrd,θrd为目标和接收机的运动速度和角度，θp为目标路径运动方向；根据此相对速度分析多普勒偏移因子ap＝vdp/c。6.根据权利要求1所述的高精度水声通信信道建模方法，其特征在于：在步骤6中，耦合后，其中hp为第p条路径的路径增益，为参考路径，τ'p为多路径时延，其中包含海面起伏对多路径时延的影响，为考虑收发多普勒偏移以后的小尺度变化系数。3CN108650043A说明书1/4页一种高精度水声通信信道建模方法技术领域[0001]本发明涉及声学领域，具体涉及水声通信信道建模技术，主要是一种高精度水声通信信道建模方法。背景技术[0002]在构建水声通信系统时，如通信信号的波形、带宽和功率等诸多因素的分析设计需要考虑水声信道的影响。所以高精度的水声信道模型对通信系统构建至关重要。BELLHOP是一种分析波导声压场的模型。该模型应用十分广泛，其在设定海洋环境下，应用射线理论分析信道函数、传播损失等，但此模型未考虑实际海洋环境参数的时变特性。近年来，时变信道仿真模型的关注度越来越高。PORTER等提出了一种基于BELLHOP的时变信道估计方法，该方法通过跟踪多